4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 课件-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理课件聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，从物体运动状态改变切入，通过速度变化引出加速度，再关联力和质量，形成“是否有关—定量关系”的问题链，搭建从已知到未知的学习支架。 其亮点在于以控制变量法为主线，设计双实验方案（打点计时器测量与双小车对比），结合图像法（a-F、a-1/m图像）处理数据，强化科学探究与科学思维。如平衡摩擦力操作、钩码质量远小于小车质量的条件分析，帮助学生提升实验能力，教师可借助结构化内容高效开展教学。

第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系 第四章 运动和力的关系 1 物体运动状态发生改变 速度发生改变 产生加速度 与力和质量有关 是否有关？ 加速度与力、质量之间有什么样的定量关系呢？ 新知导入 2 1.理解质量是影响实验结果的关键因素，知道质量是惯性大小的量度。 2.理解加速度是描述物体运动状态变化快慢的物理量，认识到力是产生加速度的原因。 3.能将实验中的小车等物体抽象为物理模型，忽略次要因素，突出研究加速度、力和质量的关系。 4.运用数学方法进行分析推理，通过图像法归纳出加速度与力成正比、与质量成反比的结论。 5.知道结论的合理性与局限性及实验误差对结论的影响。 学习目标 3 加速度与力、质量之间必然存在一定的关系 知识点一：实验思路 力（F）是改变物体运动状态的原因 力是产生加速度（a）的原因 质量（m）反映了物体维持原有运动状态的“能力” 实验探究 a、F、m的关系 保持m不变，研究a与F的关系; 保持F不变，研究a与m的关系。 (控制变量法) 新知探究 4 2.加速度与质量的关系： 1.加速度与力的关系： 小车质量不变，通过改变槽码的个数以改变小车所受的拉力。 找出a与F的关系 槽码的个数不变（即保持物体所受拉力F不变），通过在小车上增加重物以改变小车的质量。 找出a与m的关系 新知探究 知识点二：物理量的测量 1.质量的测量 新知探究 2.加速度的测量 方法一：如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，则可利用刻度尺测量位移和秒表测量时间，然后由公式得 a=(2x)/t2可算出。 方法二：将打点计时器连在小车上，根据纸带上打出的点可测量加速度。 方法三：利用比值法。测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1、x2，由于a=(2x)/t2，位移之比就是加速度之比。 新知探究 3.力的测量 T (1)如何给小车施加一个可以测量的恒力T呢？ 直接用弹簧测力计拉小车，可以吗？还是借助定滑轮和钩码来拉？ 新知探究 T (2)细线给小车提供的拉力是小车受到合力吗？ 不计摩擦，小车： F合=T 计摩擦，小车 ：F合=T-f≠T 如何才能消除摩擦力的影响呢？ 新知探究 3.如何平衡阻力呢？如何用实验方法判断阻力刚好被平衡呢？ 平衡摩擦力——阻力补偿法 Gcos θ Gsin θ G θ θ FN Ff 把轨道的一端垫高，使重力的分力Gsin θ与摩擦力Ff平衡 一次补偿，多次测量 不加细线，调整轨道，使小车刚好能匀速下滑（纸带上打出间隔均匀的点） 新知探究 当钩码（或者沙桶、槽码）质量远小于小车质量时，绳子的拉力F近似等于砝码的重力mg。 悬挂的重物的重力大小等于绳的拉力吗？ 想一想 新知探究 知识点三：进行实验 方案一：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、槽码、刻度尺、天平为器材，研究小车运动。 倾斜木板 补偿摩擦力 新知探究 1.用天平测出小车的质量。 2.安装好实验装置，平衡摩擦力。 3.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂槽码，将车拉到打点计时器附近。 4.先打开计时器电源，再释放小车，得到纸带，并记下钩码重量。 5.改变槽码的重量，重复以上的步骤几次。 6.控制槽码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。 7.设计表格，记录实验数据。 实验步骤 新知探究 平衡摩擦力操作不当的三种情况： 1.图(a)中，F≠0，a=0，知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分(斜面倾角偏小)； 2.图(b)中，F=0，a≠0，知平衡摩擦力过度(斜面倾角偏大)； 3.图(c)中，图线的斜率减小，知质量变大，可知未满足钩码的质量远小于小车的质量，即所挂钩码的质量太大。 数据处理 新知探究 探究加速度与力的关系（小车质量一定） 槽码质量m/g 10 20 30 40 50 60 槽码重力G/N 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 加速度a/(m∙s-2) 0.31 0.86 1.28 1.51 1.85 2.27 × × × × × × 在误差允许的范围内，加速度与力成正比。 小车质量一定时: a∝F 新知探究 探究加速度与质量的关系(F=0.2N，小车所受拉力一定) 小车的质量m/g 184.8 204.8 224.8 244.8 264.8 284.8 加速度a/(m∙s-2) 0.86 0.75 0.68 0.62 0.55 0.53 × × × × × × 新知探究 1/m(kg-1) 5.41 4.88 4.44 4.08 3.78 3.51 加速度a/(m∙s-2) 0.86 0.75 0.68 0.62 0.55 0.53 × × × × × × 在误差允许的范围内， 加速度与质量的倒数成正比。 小车所受拉力一定时: a∝ 新知探究 1.平衡摩擦力时不要挂小盘，平衡摩擦力后，不管以后是改变小盘中重物的质量，还是改变小车上所加砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。 2.实验时要先接通电源后放开小车。 3.实验中必须满足小车和小车上所加砝码的总质量远大于重物和小盘的总质量。只有如此，重物和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。 4.每次开始时小车应尽量靠近打点计时器(或尽量远离带滑轮的一端)，且在小车到达滑轮前应按住小车。 5.作图线时，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧，离直线较远的点应该舍去不予考虑。 注意事项 新知探究 误差来源 1.测量误差：(1)质量的测量； (2)打点间隔距离的测量。 2.操作误差(偶然误差)：(1)拉线或纸带不与木板平行； (2)倾斜角度不当，平衡摩擦力不准。 3.原理误差(系统误差)：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的 拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的 总重力)，存在系统误差。 新知探究 方案二：以小车(两辆)、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、钩码、天平、刻度尺、黑板擦或宽口夹子为实验器材，研究小车的运动。 保持力不变 保持小车质量不变 由于两小车同时启动、同时停止,故运动时间相等(v0=0；t相同) 新知探究 实验方案原理 x1 x2 F1 F2 在相同的时间内，两小车移动的距离分别为:(v0=0；t相同) a1/ a2 = x1/x2 测量出 x1 、x2 1.控制m不变，探究a与F的关系 2.同理，控制F相同，探究a与m的关系 让两小车的质量相同m1=m2，两托盘钩码的个数不同(F1≠F2)。 探究a与 F的关系时: 探究a与m的关系时: 让两托盘钩码的个数相同(F1=F2) 两小车的质量不同(m1≠m2)。 新知探究 探究加速度与力的关系（小车质量一定） 小车质量M= g,小车上砝码质量m= g,小盘质量M´= g 次数 小车1 小车2 1 2 3 4 5 位移x1/cm 位移x2/cm (M´+m2´)g (F2大小) 砝码质量m2´/g 300 50 20 30 40 60 砝码质量m1´/g (M´+m1´)g (F1大小) 70 10 0 新知探究 F2 / F1 x2 /x1 0 次数 1 2 3 4 x2 x1 F2 F1 F a 新知探究 探究加速度与质量的关系(小车所受拉力一定) 小车质量M= g,小盘质量M´= g,盘中砝码质量m´= g 次数 小车1 小车2 1 2 3 4 5 位移x1/cm 位移x2/cm (M+m2)-M2 车上砝码质量m2/g 300 100 50 150 200 250 车上砝码质量m1/g (M+m1)-M1 300 6 50 新知探究 x2 /x1 0 次 数 1 2 3 4 x2 x1 M2 M1 M1 / M2 M1 M2 a m 1 新知探究 (注意：这里的力指的是物体所受的合力) 1.m一定，加速度a与F的定量关系： 2.F一定，加速度a与m的定量关系: 实验结论 加速度与力、质量之间的关系 新知探究 控制变量法 在m一定时，验证a与F的关系 在F一定时，验证a与m的关系 实验器材 实验原理与设计 实验步骤 数据分析 实验结论 测m、F、a 平衡摩擦力 m一定，改变F F一定，改变m 砝码质量远小于小车质量 a－F、a－图像 在m一定时，a与F成正比 在F一定时，a与m成反比 误差分析、注意事项 实验：探究加速度与力、质量的关系 课堂小结 1.某组同学实验得出数据，画出a−F图如图所示，那么该组同学实验中出现的问题可能是( ) A.实验中平衡摩擦力时长木板垫起的角度太小 B.实验中平衡摩擦力时长木板垫起的角度太大 C.实验中绳子拉力方向没有跟平板平行 D.实验中不满足“砂桶和砂的总质量远小于小车质量”的条件 B 当堂检测 2.在探究“加速度与力、质量的”关系实验中，关于小车所受的合力，下列叙述正确的是( ) A.小车所受合力就是所挂吊盘和砝码的重力 B.小车所受合力的大小等于吊盘和砝码通过细绳对小车的拉力。 C.只有平衡摩擦力后，小车所受合力才等于细绳对小车的拉力 D.只有平衡摩擦力后,且小车的质量远大于吊盘与砝码的总质量时小车所受合力可以认为等于吊盘和砝码的重力 D 当堂检测 $